Abstract Although research on human-mediated exchanges of species has substantially intensified during the last centuries, we know surprisingly little about temporal dynamics of alien species accumulations across regions and taxa. Using a novel database of 45,813 first records of 16,926 established alien species, we show that the annual rate of first records worldwide has increased during the last 200 years, with 37% of all first records reported most recently (1970–2014). Inter-continental and inter-taxonomic variation can be largely attributed to the diaspora of European settlers in the nineteenth century and to the acceleration in trade in the twentieth century. For all taxonomic groups, the increase in numbers of alien species does not show any sign of saturation and most taxa even show increases in the rate of first records over time. This highlights that past efforts to mitigate invasions have not been effective enough to keep up with increasing globalization.

Biological invasions are a global consequence of an increasingly connected world and the rise in human population size. The numbers of invasive alien species - the subset of alien species that spread widely in areas where they are not native, affecting the environment or human livelihoods - are increasing. Synergies with other global changes are exacerbating current invasions and facilitating new ones, thereby escalating the extent and impacts of invaders. Invasions have complex and often immense long-term direct and indirect impacts. In many cases, such impacts become apparent or problematic only when invaders are well established and have large ranges. Invasive alien species break down biogeographic realms, affect native species richness and abundance, increase the risk of native species extinction, affect the genetic composition of native populations, change native animal behaviour, alter phylogenetic diversity across communities, and modify trophic networks. Many invasive alien species also change ecosystem functioning and the delivery of ecosystem services by altering nutrient and contaminant cycling, hydrology, habitat structure, and disturbance regimes. These biodiversity and ecosystem impacts are accelerating and will increase further in the future. Scientific evidence has identified policy strategies to reduce future invasions, but these strategies are often insufficiently implemented. For some nations, notably Australia and New Zealand, biosecurity has become a national priority. There have been long-term successes, such as eradication of rats and cats on increasingly large islands and biological control of weeds across continental areas. However, in many countries, invasions receive little attention. Improved international cooperation is crucial to reduce the impacts of invasive alien species on biodiversity, ecosystem services, and human livelihoods. Countries can strengthen their biosecurity regulations to implement and enforce more effective management strategies that should also address other global changes that interact with invasions.

A global database of alien plants, showing that over 13,000 species, nearly 4% of the global flora, have become naturalized in a new location. Human activity has facilitated the spread of alien plant species around the globe, many of which have become naturalized on different continents. Mark van Kleunen et al. construct a global database of alien plant introductions, showing that more than 13,000 species — nearly 4% of the total flora — have become naturalized in a new location. North America has received the most alien plants, while the Pacific islands are accumulating them at the fastest pace, and the Northern Hemisphere is the predominant donor of alien species. All around the globe, humans have greatly altered the abiotic and biotic environment with ever-increasing speed. One defining feature of the Anthropocene epoch1,2 is the erosion of biogeographical barriers by human-mediated dispersal of species into new regions, where they can naturalize and cause ecological, economic and social damage3. So far, no comprehensive analysis of the global accumulation and exchange of alien plant species between continents has been performed, primarily because of a lack of data. Here we bridge this knowledge gap by using a unique global database on the occurrences of naturalized alien plant species in 481 mainland and 362 island regions. In total, 13,168 plant species, corresponding to 3.9% of the extant global vascular flora, or approximately the size of the native European flora, have become naturalized somewhere on the globe as a result of human activity. North America has accumulated the largest number of naturalized species, whereas the Pacific Islands show the fastest increase in species numbers with respect to their land area. Continents in the Northern Hemisphere have been the major donors of naturalized alien species to all other continents. Our results quantify for the first time the extent of plant naturalizations worldwide, and illustrate the urgent need for globally integrated efforts to control, manage and understand the spread of alien species.

Abstract Species are the unit of analysis in many global change and conservation biology studies; however, species are not uniform entities but are composed of different, sometimes locally adapted, populations differing in plasticity. We examined how intraspecific variation in thermal niches and phenotypic plasticity will affect species distributions in a warming climate. We first developed a conceptual model linking plasticity and niche breadth, providing five alternative intraspecific scenarios that are consistent with existing literature. Secondly, we used ecological niche‐modeling techniques to quantify the impact of each intraspecific scenario on the distribution of a virtual species across a geographically realistic setting. Finally, we performed an analogous modeling exercise using real data on the climatic niches of different tree provenances. We show that when population differentiation is accounted for and dispersal is restricted, forecasts of species range shifts under climate change are even more pessimistic than those using the conventional assumption of homogeneously high plasticity across a species' range. Suitable population‐level data are not available for most species so identifying general patterns of population differentiation could fill this gap. However, the literature review revealed contrasting patterns among species, urging greater levels of integration among empirical, modeling and theoretical research on intraspecific phenotypic variation.

Significance Our ability to predict the identity of future invasive alien species is largely based upon knowledge of prior invasion history. Emerging alien species—those never before encountered as aliens—therefore pose a significant challenge to biosecurity interventions worldwide. Using a global database of the first regional records of alien species covering the years 1500–2005 we detected a surprisingly high proportion of species in recent records that have never been recorded as alien before. The high proportion of these emerging alien species mainly resulted from the increased accessibility of new source species pools in the native range. Risk assessment approaches that rely less on invasion history will need to be prioritized.

Abstract Biological invasions have steadily increased over recent centuries. However, we still lack a clear expectation about future trends in alien species numbers. In particular, we do not know whether alien species will continue to accumulate in regional floras and faunas, or whether the pace of accumulation will decrease due to the depletion of native source pools. Here, we apply a new model to simulate future numbers of alien species based on estimated sizes of source pools and dynamics of historical invasions, assuming a continuation of processes in the future as observed in the past (a business‐as‐usual scenario). We first validated performance of different model versions by conducting a back‐casting approach, therefore fitting the model to alien species numbers until 1950 and validating predictions on trends from 1950 to 2005. In a second step, we selected the best performing model that provided the most robust predictions to project trajectories of alien species numbers until 2050. Altogether, this resulted in 3,790 stochastic simulation runs for 38 taxon–continent combinations. We provide the first quantitative projections of future trajectories of alien species numbers for seven major taxonomic groups in eight continents, accounting for variation in sampling intensity and uncertainty in projections. Overall, established alien species numbers per continent were predicted to increase from 2005 to 2050 by 36%. Particularly, strong increases were projected for Europe in absolute (+2,543 ± 237 alien species) and relative terms, followed by Temperate Asia (+1,597 ± 197), Northern America (1,484 ± 74) and Southern America (1,391 ± 258). Among individual taxonomic groups, especially strong increases were projected for invertebrates globally. Declining (but still positive) rates were projected only for Australasia. Our projections provide a first baseline for the assessment of future developments of biological invasions, which will help to inform policies to contain the spread of alien species.

Ecology Letters (2010) 13: 947–958 Abstract What determines invasiveness of alien organisms is among the most interesting and urgent questions in ecology. In attempts to answer this question, researchers compare invasive alien species either to native species or to non‐invasive alien species, and this is done in either the introduced or native ranges. However, inferences that can be drawn from these comparisons differ considerably, and failure to recognize this could hamper the search for determinants of invasiveness. To increase awareness about this issue, we present a framework of the various comparisons that can be used to test for determinants of invasiveness, and the specific questions each comparison can address. Moreover, we discuss how different comparisons complement each other, and therefore should be used in concert. For progress in invasion biology, it is crucial to realize that different comparisons address different biological questions and that some questions can only be answered unambiguously by combining them.

Using the recently built Global Naturalized Alien Flora (GloNAF) database, containing data on the distribution of naturalized alien plants in 483 mainland and 361 island regions of the world, we describe patterns in diversity and geographic distribution of naturalized and invasive plant species, taxonomic, phylogenetic and life-history structure of the global naturalized flora as well as levels of naturalization and their determinants. The mainland regions with the highest numbers of naturalized aliens are some Australian states (with New South Wales being the richest on this continent) and several North American regions (of which California with 1753 naturalized plant species represents the world’s richest region in terms of naturalized alien vascular plants). England, Japan, New Zealand and the Hawaiian archipelago harbour most naturalized plants among islands or island groups. These regions also form the main hotspots of the regional levels of naturalization, measured as the percentage of naturalized aliens in the total flora of the region. Such hotspots of relative naturalized species richness appear on both the western and eastern coasts of North America, in north-western Europe, South Africa, south-eastern Australia, New Zealand, and India. High levels of island invasions by naturalized plants are concentrated in the Pacific, but also occur on individual islands across all oceans. The numbers of naturalized species are closely correlated with those of native species, with a stronger correlation and steeper increase for islands than mainland regions, indicating a greater vulnerability of islands to invasion by species that become successfully naturalized. South Africa, India, California, Cuba, Florida, Queensland and Japan have the highest numbers of invasive species. Regions in temperate and tropical zonobiomes harbour in total 9036 and 6774 naturalized species, respectively, followed by 3280 species naturalized in the Mediterranean zonobiome, 3057 in the subtropical zonobiome and 321 in the Arctic. The New World is richer in naturalized alien plants, with 9905 species compared to 7923 recorded in the Old World. While isolation is the key factor driving the level of naturalization on islands, zonobiomes differing in climatic regimes, and socioeconomy represented by per capita GDP, are central for mainland regions. The 11 most widely distributed species each occur in regions covering about one third of the globe or more in terms of the number of regions where they are naturalized and at least 35% of the Earth’s land surface in terms of those regions’ areas, with the most widely distributed species Sonchus oleraceus occuring in 48% of the regions that cover 42% of the world area. Other widely distributed species are Ricinus communis, Oxalis corniculata, Portulaca oleracea, Eleusine indica, Chenopodium album, Capsella bursa-pastoris, Stellaria media, Bidens pilosa, Datura stramonium and Echinochloa crus-galli. Using the occurrence as invasive rather than only naturalized yields a different ranking, with Lantana camara (120 regions out of 349 for which data on invasive status are known), Calotropis procera (118), Eichhornia crassipes (113), Sonchus oleraceus (108) and Leucaena leucocephala (103) on top. As to the life-history spectra, islands harbour more naturalized woody species (34.4%) thanmainland regions (29.5%), and fewer annual herbs (18.7% compared to 22.3%). Ranking families by their absolute numbers of naturalized species reveals that Compositae (1343 species), Poaceae (1267) and Leguminosae (1189) contribute most to the global naturalized alien flora. Some families are disproportionally represented by naturalized aliens on islands (Arecaceae, Araceae, Acanthaceae, Amaryllidaceae, Asparagaceae, Convolvulaceae, Rubiaceae, Malvaceae), and much fewer so on mainland (e.g. Brassicaceae, Caryophyllaceae, Boraginaceae). Relating the numbers of naturalized species in a family to its total global richness shows that some of the large species-rich families are over-represented among naturalized aliens (e.g. Poaceae, Leguminosae, Rosaceae, Amaranthaceae, Pinaceae), some under-represented (e.g. Euphorbiaceae, Rubiaceae), whereas the one richest in naturalized species, Compositae, reaches a value expected from its global species richness. Significant phylogenetic signal indicates that families with an increased potential of their species to naturalize are not distributed randomly on the evolutionary tree. Solanum (112 species), Euphorbia (108) and Carex (106) are the genera richest in terms of naturalized species; over-represented on islands are Cotoneaster, Juncus, Eucalyptus, Salix, Hypericum, Geranium and Persicaria, while those relatively richer in naturalized species on the mainland are Atriplex, Opuntia, Oenothera, Artemisia, Vicia, Galium and Rosa. The data presented in this paper also point to where information is lacking and set priorities for future data collection. The GloNAF database has potential for designing concerted action to fill such data gaps, and provide a basis for allocating resources most efficiently towards better understanding and management of plant invasions worldwide.

Human-mediated transport beyond biogeographic barriers has led to the introduction and establishment of alien species in new regions worldwide. However, we lack a global picture of established alien species richness for multiple taxonomic groups. Here, we assess global patterns and potential drivers of established alien species richness across eight taxonomic groups (amphibians, ants, birds, freshwater fishes, mammals, vascular plants, reptiles and spiders) for 186 islands and 423 mainland regions. Hotspots of established alien species richness are predominantly island and coastal mainland regions. Regions with greater gross domestic product per capita, human population density, and area have higher established alien richness, with strongest effects emerging for islands. Ants and reptiles, birds and mammals, and vascular plants and spiders form pairs of taxonomic groups with the highest spatial congruence in established alien richness, but drivers explaining richness differ between the taxa in each pair. Across all taxonomic groups, our results highlight the need to prioritize prevention of further alien species introductions to island and coastal mainland regions globally. Analysis of eight taxonomic groups across 186 islands and 423 mainland regions reveals that those with the greatest gross domestic product per capita, human population density and area have the highest established alien species richness, with the strongest effects on islands.

Abstract Trade plays a key role in the spread of alien species and has arguably contributed to the recent enormous acceleration of biological invasions, thus homogenizing biotas worldwide. Combining data on 60‐year trends of bilateral trade, as well as on biodiversity and climate, we modeled the global spread of plant species among 147 countries. The model results were compared with a recently compiled unique global data set on numbers of naturalized alien vascular plant species representing the most comprehensive collection of naturalized plant distributions currently available. The model identifies major source regions, introduction routes, and hot spots of plant invasions that agree well with observed naturalized plant numbers. In contrast to common knowledge, we show that the ‘imperialist dogma,’ stating that Europe has been a net exporter of naturalized plants since colonial times, does not hold for the past 60 years, when more naturalized plants were being imported to than exported from Europe. Our results highlight that the current distribution of naturalized plants is best predicted by socioeconomic activities 20 years ago. We took advantage of the observed time lag and used trade developments until recent times to predict naturalized plant trajectories for the next two decades. This shows that particularly strong increases in naturalized plant numbers are expected in the next 20 years for emerging economies in megadiverse regions. The interaction with predicted future climate change will increase invasions in northern temperate countries and reduce them in tropical and (sub)tropical regions, yet not by enough to cancel out the trade‐related increase.